개념 한 쪽
소각로는 연소 방식과 구성에 따라 열효율·배출물질·운전특성이 달라진다. 유동층 소각로는 유동매체의 열축적과 완전연소가 특징이고, 다단 소각로는 회전축과 다단화된 화격자를 가진 구조이며, 배기가스의 다이옥신 제어는 적절한 연소조건과 촉매·집진 조치로 대응한다.
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출제기준 단원 「연소방식의 종류 및 특성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 유동층 특징 판별 | 1 | 유동매체의 열축적과 이차연소실 필요성 여부를 가리기 |
| 다이옥신 저감 대책 판단 | 1 | 재합성과 이월 입자 관리 등 저감 방향을 구분하기 |
| 다이옥신 촉매 선택 | 1 | 유효 촉매 조성과 담체의 구분을 가르기 |
유동층(유동상식, 유동층 소각로)은 바닥에서 공기를 강하게 공급해 모래 같은 유동매체를 부유시키고 폐기물을 상부에서 투입해 소각하는 방식이다. 유동매체가 열을 축적해 폐기물이 골고루 빠르게 타므로 반응시간이 짧고 연소효율이 높다. 유동층에서는 모래가 완전연소를 돕기 때문에 별도의 이차연소실이 필요하지 않은 경우가 많다.
다단 소각로(multiple hearth furnace)는 내화물로 된 다단 가열판과 중앙 회전축을 가지고 건조·연소·냉각 영역을 층으로 나누어 연속 처리하는 구조이다. 회전축과 다단 화격자가 보이면 유동층과 구별해야 하며, 파쇄 전처리나 기계적 회전부 유무로 소각로 유형을 판단한다.
다이옥신 생성은 불완전연소와 가스의 재합성(주로 250~400℃ 구간)으로 발생한다. 생성량에 영향을 주는 주요 인자는 폐기물의 종류(염소 함유 여부), 배출가스 온도 구간, 연소공기의 양과 분포이다. NOx 농도는 다이옥신 생성 인자로 보지 않으므로 혼동해서는 안 된다.
다이옥신 저감은 두 축으로 접근한다. 하나는 연료 공급과 연소조건을 안정화해 완전연소를 달성하는 것이고, 다른 하나는 재합성이 일어나는 후류온도 구간을 피하거나 제어하며 이월 입자(carryover)를 최소화하는 것이다. 촉매에 의한 분해는 TiO2 담체에 V2O5를 활성물질로 하거나 Pd·Pt 등의 귀금속 촉매를 사용하여 다이옥신 분해를 유도하는 방법으로 활용한다. Al2O3는 담체로서 쓰이나 다이옥신 분해 활성은 낮아 비효과적 촉매로 분류된다.
열효율 향상 관점에서는 미연소물의 완전연소, 배기가스의 현열 회수, 연소잔사의 현열 저감 등이 핵심 대책이다. 전열 효율이 감소하는 조치는 오히려 열손실을 키우는 방향이므로 효율 향상 방안으로 보지 않는다.
유동층 소각로 관련 문항은 '모래가 열을 축적해 완전연소를 돕는다'를 핵심으로 삼아 판단해야 한다. 예컨대 이차연소실이 별도로 필요하다고 주장하는 선지는 유동층의 특성과 어긋나므로 정답으로 고른다.
다단 소각로를 묻는 문제에서는 '다단 가열판·중앙 회전축·건조·연소·냉각 영역' 같은 문구가 보이면 다단 소각로를 선택해야 한다. 반대로 '회전축·다단'과 같은 단어가 보이면 유동층이라는 보기로 오해하지 않도록 주의한다.
다이옥신 제어 대책에서 '이월 입자의 양을 최대화한다'는 선지는 방향이 뒤집힌 보기다. 이월 입자는 다이옥신을 흡착해 배출 경로가 되므로 집진과 같이 최소화해야 할 대상이다.
촉매 선택 문제에서는 'TiO2 담체 + V2O5 활성물질'과 'Pd·Pt 귀금속'을 다이옥신 분해에 유효한 조합으로 기억하고, Al2O3는 주로 담체 역할을 한다고 판단해야 한다.
CO2 30 vol%와 NH3 70 vol%의 혼합 폐가스를 산 용액으로 흡수 처리하여 배가스 중 40 vol%의NH3 농도를 얻었을 때 NH3의 제거율은? (단, CO2와 산 용액의 양은 일정하다.)
정답 ② · 불활성 가스의 양을 기준으로 흡수 제거율을 계산하는 문제이다. 혼합가스 100mol을 기준으로 하면 CO2는 30mol로 산 용액에 흡수되지 않아 일정하고, NH3는 70mol이다.
소각로에서 열효율 향상의 대책으로 가장 거리가 먼 것은?
정답 ④ · 소각로의 열효율 향상 대책이 아닌 것을 고르는 문제이다. 열효율 향상은 열손실 저감으로 달성되는데, 열분해 생성물의 완전 연소화는 미연소 손실을 줄이고 배기가스 현열배출 손실 저감과 연소잔사 현열손실 감소도 모두 효율을 높이는 방향이다.
열효율 향상은 열손실 저감인데, '전열 효율의 감소'는 오히려 효율을 떨어뜨리는 반대 방향이다.
다이옥신을 제어하는 촉매로 효과적이지 못한 것은?
정답 ① · 다이옥신 저감을 위한 촉매산화분해(SCR) 방식에 주로 사용되는 효과적인 촉매로는 이산화티타늄(TiO2)을 담체로 하고 오산화바나듐(V2O5) 등의 활성 물질이 코팅된 촉매와 백(Pd), 백금(Pt) 등의 귀금속 촉매가 있습니다. 알루미나(Al2O3)는 일반적으로 다이옥신 분해용 촉매로는 효과가 낮아 사용되지 않습니다.
다이옥신 촉매는 TiO2 담체 + V2O5 활성물질과 Pd·Pt 귀금속이 유효하며 Al2O3는 부적합하다.
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